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空气制冷机在低温冷冻行业运用

2016-12-20 09:11:51 山东紫翔化工销售有限公司 阅读

空气制冷机首要运用于低温范畴,但是跟着氟利昂对环境损坏标题的提出,空气制冷机的运用范围开端拓宽。在食物冷冻范畴的运用,虽在上世纪7O年代进行过测验,但是因为某些要害标题没能得到处理,因而没能实践运用。跟着食物迅速冻住请求的日益火急,使得冻住设备的冷源正朝低温化开展。现在常用的蒸汽紧缩式制冷机,为了满意迅速冻住设备的低温请求,也已由双级紧缩制冷机向复叠式制冷机方向搬运。所带来的标题则是设备巨大、构造杂乱、出资增大、操控艰难和功率下降。但是空气制冷机在以上各个方面却具有共同的优势,这儿叙说为设备细巧、简略、操控容易和功率较高 这篇文章从食物冷冻的特色动身,对空气制冷机在该范畴的运用远景给予剖析。
  二、食物冷冻
  2.1 食物的迅速冻住
  食物迅速冻住是指食物迅速通过其最大结晶区域,当食物均匀温度低至一18℃时而迅速冻住的办法。食物在冻住进程中会发作各式各样的改变,如物理改变(体积、导热性、比热、干耗等),化学改变(蛋白质变性、色变等),细胞安排改变以及生物和微生物的改变等。迅速冻住食物的特色是最大极限地坚持食物原有的营养价值和色香味,也就是说,在冻住进程中有必要坚持食物所发作的上述各种改变到达最大的可逆性。冻住进程中天然生成冰结晶的数目和巨细对于冻住进程的可逆性程度具有很大的含义。冻住速度越快,构成的冰结晶越细微、均匀,而不致于刺伤细胞形成机械损伤。因为有机体内汁液都是非饱满的有机溶液,在低于冰点时,首要是自由水冻住。跟着温度的下降,非饱满的有机溶液继续浓缩,最终剩下的有些以低共溶混合物的办法均匀冻住。因为食物细胞安排未被损坏,所以具有坚持原有食物营养价值和色香味等长处。
  2.2 冻住设备
  因为食物的标准、外形不规整,冻住进程中不希看食物与冷外表或液体载冷剂相触摸,防止形成食物污染。吹风式冻住设备的运用最为广泛。常用的吹风式冻住设备多选用R 717或氟利昂制冷体系。
  吹风式冻住是被冻住食物与凉风相触摸使食物温度下降,直至内部水分冻住的冻住办法,其典型冻住设备如图1所示。冻住设备由保温体、食物传送机械、送风机和制冷体系构成。食物摆放在传送机械上,保温体内的空气由制冷体系通过蒸腾器冷却降温并由轴流风机推进循环活动,不断与食物外表触摸,带走食物热量,使食物被冷却和冻住。食物热量等热负荷被循环空气与制冷体系蒸腾器外表触摸,并将热量转递至制冷体系,由制冷体系运送至环境。
  2.3 食物的冻住干耗
  吹风式冻住是最易引起冻品干耗的冻住办法。食物暴露在空气中,重量就会减轻,光荣、外观都会恶化。水分由食物外表蒸腾或提高到空气中被称为干耗。在单位时刻内从食物的外表蒸腾或提高到空气中的水重量可用下式核算:
  三、开式回冷低压直接吸热循环制冷原理
  运用于食物冷冻上的开式回冷低压直接吸热循环空气制冷机原理如图3所示 作业进程是,离心风机由大气中吸进空气,过滤器可除往其间的尘埃和杂质。具有必定压力的热空气,通过三通电磁阀进进蓄冷器A,热空气与蓄冷填料热交换,热空气被冷却,金属填料被加热,之后由出口排出进进冻住间。在冻住间中被加热的冷空气,通过涡轮冷却器降温后进进蓄冷器B,与蓄冷填料热交换,冷空气被加热,蓄冷填料被冷却,被加热的冷空气通过真空泵排往大气,至此一个循环周期完毕。接下来,四个三通电磁阀开、闭切换,使蓄冷器A.B的蓄放冷效果交换。热空气通过蓄冷器B被蓄冷填料中积蓄的冷量冷却;冷空气在通过蓄冷器A时把冷量蓄存在蓄冷填料中,为下一个作业周期做好准备。
  四、空气制冷机在食物冷冻上的运用剖析
  4.1 空气与氟利昂制冷剂的对比
  在5种安全制冷剂(空气、水蒸气、烃类、二氧化碳和氨)中空气为首。对照制冷剂选择请求,空气具有以下特色:
  (1) 无毒无味、不焚烧、不爆破和对环境没有不良影响。
  (2) 具有很好的化学稳定性,纯洁的空气不具有对金属资料或非金属资料的腐蚀性,不会蜕变及与润滑油相容。在空气制冷机的制冷范围内,不会呈现高温分化景象。
  (3) 空气的导热系数约是R22汽体的2倍,稍小于氨蒸汽,其换热器的功能优于大多数的氟利昂制冷剂气体换热器。
  (4) 空气的粘度不管在低温仍是高温下约大于R22蒸汽的粘度10倍,密度比R22蒸汽小约8倍,在设备和管道内的阻力相差不大。
  (5) 循环功率可用COP值进行对比,当制冷温度低于一65℃ 时,空气制冷剂的COP大于蒸汽紧缩式制冷机,且制冷温度越低,两者相差越悬殊。
  (6) 空气制冷办法归于透平胀大(节省降压)制冷,与蒸汽紧缩式制冷的制冷剂蒸腾制冷不一样,制冷机的作业压力坚持正压,空气紧缩机的紧缩比也远远小于制冷紧缩机,因而安全性更高,体系中的管道和设备管材都可选用耐压较低的资料。
  4.2 冻住设备方面
  由食物冷冻原理可知,冻住食物质量如营养成分、水分、光荣以及外观外形的坚持等,对冻住设备内的温度提出了愈加严苛的请求,对循环空气的湿度和流速也有约束。下降温度对蒸汽紧缩式制冷机来说意味着体系杂乱、设备巨大、出资添加和功率下降。这一点可用以下几个方面加以证明。
  (1)蒸汽紧缩式制冷循环的双级体系,最低的蒸腾温度是一70℃ ,复叠式蒸汽紧缩式体系依据选用的复叠级数不一样,蒸腾温度可低至一IO0~C以下。但体系是多个单级紧缩的串接,要杂乱得多,一起也添加了作业难度和操控难度,出资亦会添加。而空气制冷机当制冷温度低于一100℃时仍可用单级体系,体系自身也较简略。
  (2)蒸汽紧缩式制冷机的冻住设备都是将蒸腾器安放于冻住本体内,在保证低温的条件下,为前进功率需求增大蒸腾器的蒸腾面积,有些冻住设备的蒸腾面积与冻住本体的底面积之比大于100:1,为了保证冻住速度又有必要装备大功率的风机。其结果是,凉风机金属耗量大,占据冻住本体空间大,风机耗费功率大,围护构造传热量和电机热量添加。开式回冷低压直接吸收循环空气制冷机,通过风道直接向冻住本体内运送低温空气,冻住本体内部没有冷却设备和驱动空气活动的风机。因而,冻住本体体积和传热外表都小,其围护构造热负荷和电机作业热量相应削减。
  (3)从下降食物干耗的视点思考,开式回冷低压直接吸热循环空气制冷机有共同的长处。首要,开式循环运用的老是新鲜空气可防止不断循环运用库内空气所带来的微生物对食物的腐蚀;其次,由蓄冷器处理过的新鲜空气可达饱满状况,使得冻住本体内的空气处于低温高湿状况,下降了ZXP值,然后大大削减了冻品的水分流失量。
  (4)由外部风管送风,易于公正化安排气流。可依据冻品的外形、摆放办法公正地安排气流,保证冻品与冷空气有充沛的触摸,最大极限地缩短冻住时刻,一起可主意防止气流的短路糟蹋。
  4.3 除霜
  在低温下作业的制冷机其换热外表不可防止地会结霜,在冻住进程中因为被冻住物温度高,外表湿润也会加快水分向冷却设备外表移动。在蒸汽紧缩式制冷机中,为了保证设备的功率和冷量的满足输出,通过必定的时刻距离有必要对冷却设备进行除霜。除霜的办法在大型设备中以热气一水联合除霜为主,这种除霜办法具有省能、迅速和完全的特色。在中小型设备中,则以电热除霜为主,这种除霜办法虽具有杰出的效果,但能耗很大。不管是热气一水联合除霜仍是电热除霜都归于间歇式,需求间断制冷进程,影响冻住设备的接连运用,并且在除霜的全部进程中,有很多的水蒸气和热量分布于冻住本体内,形成湿、热负荷添加。因为冻住本体内温度很低,其排水管道容易冻住,排水管道与保温管道的衔接处也会产生冷量丢失。
  开式空气制冷机,直接引入环境的湿空气,在低温的条件下湿空气中的水剖分出并结冰会形成涡轮冷却器损坏,制冷机的作业噪音也会增大。通常在环境空气的引入管道上装设空气枯燥过滤设备,以除往被引入空气的杂质和水分,此设备体积巨大,耗能也较大。而开式回冷低压直接吸热循环空气制冷机,用不断切换的两个蓄冷器完结回冷进程的一起也具有枯燥空气的效果。图3所示的体系,在热吹期间,蓄冷器的蓄冷填料温度远低于湿空气的露点温度,通过的热、湿空气被冷却的进程中水分凝集在蓄冷填料外表,且大有些结冰,使得脱离的空气被枯燥。在冷吹期,饱满的低温空气通过蓄冷填料加热,变成枯燥空气又可使填料外表的凝集水和冰晶蒸腾和提高并排至大气,然后使蓄冷器坚持枯燥空气的才能。这种回冷和自铲除的联系办法大大简化了体系,一起前进了作业功率。自铲除的效果,使得冻住设备具有了接连作业的才能,并且防止了热、湿负荷的添加和冷量的丢失,并延长了保温体的保温寿数。
  五 结论
  (1) 食物迅速冻住的日益火急,和天然制冷剂的鼓起,为空气制冷机在食物冷冻范畴的运用展平了路途。
  (2) 开式回冷低压直接吸热循环空气制冷机运用于食物的迅速冻住,虽存在有待处理的要害技术,但究竟有过实验样机,其制冷原理是明白的,然后奠定了它的运用根底。
  (3) 在食物冷冻范畴,空气制冷机在食物安全、作业安全和环境安全方面存在优势。一起在功率、设备简略和体积细巧等方面优于蒸汽紧缩式制冷机。
  (4) 空气制冷机运用于吹风式冻住设备中,冻住本体体积小、保护构造传热量和电机热量远小于蒸汽紧缩式制冷机。
  (5) 进进冻住本体的空气为低温高湿空气,可最大极限地下降冻住食物的干耗。
  (6) 冻住本体外部送风,可依据冻住食物的外形,公正地安排气流,前进冻住功率。
  (7) 自铲除才能,可完结食物的接连冻住,削减湿、热负荷和冷量的丢失。
  四、空气制冷机在食物冷冻上的运用剖析
  4.1 空气与氟利昂制冷剂的对比
  在5种安全制冷剂(空气、水蒸气、烃类、二氧化碳和氨)中空气为首。对照制冷剂选择请求,空气具有以下特色:
  (1) 无毒无味、不焚烧、不爆破和对环境没有不良影响。
  (2) 具有很好的化学稳定性,纯洁的空气不具有对金属资料或非金属资料的腐蚀性,不会蜕变及与润滑油相容。在空气制冷机的制冷范围内,不会呈现高温分化景象。
  (3) 空气的导热系数约是R22汽体的2倍,稍小于氨蒸汽,其换热器的功能优于大多数的氟利昂制冷剂气体换热器。
  (4) 空气的粘度不管在低温仍是高温下约大于R22蒸汽的粘度10倍,密度比R22蒸汽小约8倍,在设备和管道内的阻力相差不大。
  (5) 循环功率可用COP值进行对比,当制冷温度低于一65℃ 时,空气制冷剂的COP大于蒸汽紧缩式制冷机,且制冷温度越低,两者相差越悬殊。
  (6) 空气制冷办法归于透平胀大(节省降压)制冷,与蒸汽紧缩式制冷的制冷剂蒸腾制冷不一样,制冷机的作业压力坚持正压,空气紧缩机的紧缩比也远远小于制冷紧缩机,因而安全性更高,体系中的管道和设备管材都可选用耐压较低的资料。
  4.2 冻住设备方面
  由食物冷冻原理可知,冻住食物质量如营养成分、水分、光荣以及外观外形的坚持等,对冻住设备内的温度提出了愈加严苛的请求,对循环空气的湿度和流速也有约束。下降温度对蒸汽紧缩式制冷机来说意味着体系杂乱、设备巨大、出资添加和功率下降。这一点可用以下几个方面加以证明。
  (1)蒸汽紧缩式制冷循环的双级体系,最低的蒸腾温度是一70℃ ,复叠式蒸汽紧缩式体系依据选用的复叠级数不一样,蒸腾温度可低至一IO0~C以下。但体系是多个单级紧缩的串接,要杂乱得多,一起也添加了作业难度和操控难度,出资亦会添加。而空气制冷机当制冷温度低于一100℃时仍可用单级体系,体系自身也较简略。
  (2)蒸汽紧缩式制冷机的冻住设备都是将蒸腾器安放于冻住本体内,在保证低温的条件下,为前进功率需求增大蒸腾器的蒸腾面积,有些冻住设备的蒸腾面积与冻住本体的底面积之比大于100:1,为了保证冻住速度又有必要装备大功率的风机。其结果是,凉风机金属耗量大,占据冻住本体空间大,风机耗费功率大,围护构造传热量和电机热量添加。开式回冷低压直接吸收循环空气制冷机,通过风道直接向冻住本体内运送低温空气,冻住本体内部没有冷却设备和驱动空气活动的风机。因而,冻住本体体积和传热外表都小,其围护构造热负荷和电机作业热量相应削减。
  (3)从下降食物干耗的视点思考,开式回冷低压直接吸热循环空气制冷机有共同的长处。首要,开式循环运用的老是新鲜空气可防止不断循环运用库内空气所带来的微生物对食物的腐蚀;其次,由蓄冷器处理过的新鲜空气可达饱满状况,使得冻住本体内的空气处于低温高湿状况,下降了ZXP值,然后大大削减了冻品的水分流失量。
  (4)由外部风管送风,易于公正化安排气流。可依据冻品的外形、摆放办法公正地安排气流,保证冻品与冷空气有充沛的触摸,最大极限地缩短冻住时刻,一起可主意防止气流的短路糟蹋。
  4.3 除霜
  在低温下作业的制冷机其换热外表不可防止地会结霜,在冻住进程中因为被冻住物温度高,外表湿润也会加快水分向冷却设备外表移动。在蒸汽紧缩式制冷机中,为了保证设备的功率和冷量的满足输出,通过必定的时刻距离有必要对冷却设备进行除霜。除霜的办法在大型设备中以热气一水联合除霜为主,这种除霜办法具有省能、迅速和完全的特色。在中小型设备中,则以电热除霜为主,这种除霜办法虽具有杰出的效果,但能耗很大。不管是热气一水联合除霜仍是电热除霜都归于间歇式,需求间断制冷进程,影响冻住设备的接连运用,并且在除霜的全部进程中,有很多的水蒸气和热量分布于冻住本体内,形成湿、热负荷添加。因为冻住本体内温度很低,其排水管道容易冻住,排水管道与保温管道的衔接处也会产生冷量丢失。
  开式空气制冷机,直接引入环境的湿空气,在低温的条件下湿空气中的水剖分出并结冰会形成涡轮冷却器损坏,制冷机的作业噪音也会增大。通常在环境空气的引入管道上装设空气枯燥过滤设备,以除往被引入空气的杂质和水分,此设备体积巨大,耗能也较大。而开式回冷低压直接吸热循环空气制冷机,用不断切换的两个蓄冷器完结回冷进程的一起也具有枯燥空气的效果。图3所示的体系,在热吹期间,蓄冷器的蓄冷填料温度远低于湿空气的露点温度,通过的热、湿空气被冷却的进程中水分凝集在蓄冷填料外表,且大有些结冰,使得脱离的空气被枯燥。在冷吹期,饱满的低温空气通过蓄冷填料加热,变成枯燥空气又可使填料外表的凝集水和冰晶蒸腾和提高并排至大气,然后使蓄冷器坚持枯燥空气的才能。这种回冷和自铲除的联系办法大大简化了体系,一起前进了作业功率。自铲除的效果,使得冻住设备具有了接连作业的才能,并且防止了热、湿负荷的添加和冷量的丢失,并延长了保温体的保温寿数。
  五 结论
  (1) 食物迅速冻住的日益火急,和天然制冷剂的鼓起,为空气制冷机在食物冷冻范畴的运用展平了路途。
  (2) 开式回冷低压直接吸热循环空气制冷机运用于食物的迅速冻住,虽存在有待处理的要害技术,但究竟有过实验样机,其制冷原理是明白的,然后奠定了它的运用根底。
  (3) 在食物冷冻范畴,空气制冷机在食物安全、作业安全和环境安全方面存在优势。一起在功率、设备简略和体积细巧等方面优于蒸汽紧缩式制冷机。
  (4) 空气制冷机运用于吹风式冻住设备中,冻住本体体积小、保护构造传热量和电机热量远小于蒸汽紧缩式制冷机。
  (5) 进进冻住本体的空气为低温高湿空气,可最大极限地下降冻住食物的干耗。
  (6) 冻住本体外部送风,可依据冻住食物的外形,公正地安排气流,前进冻住功率。
  (7) 自铲除才能,可完结食物的接连冻住,削减湿、热负荷和冷量的丢失。